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　　燃料電池(Fuel  Cell),是一種發(fā)電裝置,但不像一般非充電電池一樣用完就丟棄,也不像充電電池一樣,用完須繼續(xù)充電,燃料電池正如其名,是繼續(xù)添加燃料以維持其電力,所需的燃料是「氫」,其之所以被歸類為新能源,原因就在此。  燃料電池的運作原理,也就是電池含有陰陽兩個電極,分別充滿電解液,而兩個電極間則為具有滲透性的薄膜所構(gòu)成。

　　氫氣由燃料電池的陽極進入,氧氣(或空氣)則由陰極進入燃料電池。經(jīng)由催化劑的作用,使得陽極的氫原子分解成兩個氫質(zhì)子(proton)與兩個電子(electron),其中質(zhì)子被氧『吸引』到薄膜的另一邊,電子則經(jīng)由外電路形成電流后,到達陰極。在陰極催化劑之作用下,氫質(zhì)子、氧及電子,發(fā)生反應形成水分子,因此水可說是燃料電池唯一的排放物。  燃料電池所使用的「氫」燃料可以來自于任何的碳氫化合物,例如天然氣、甲醇、乙醇(酒精)、水的電解、沼氣…等等。由于燃料電池是經(jīng)由利用氫及氧的化學反應,產(chǎn)生電流及水,不但完全無污染,也避免了傳統(tǒng)電池充電耗時的問題,是目前最具發(fā)展前景的新能源方式,如能普及的應用在車輛及其它高污染之發(fā)電工具上,將能顯著改善空氣污染及溫室效應。

　　原則上只要反應物不斷輸入，反應產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。這里以氫-氧燃料電池為例來說明燃料電池氫-氧燃料電池反應原理這個反應是電解水的逆過程。

　　(1)能量轉(zhuǎn)化效率高他直接將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%.

　　(2)有害氣體SOx、NOx及噪音排放都很低CO2排放因能量轉(zhuǎn)換效率高而大幅度降低，無機械振動。

　　(3)燃料適用范圍廣：燃料電池既可適用于城市大型發(fā)電站，也可作為醫(yī)院、商店、集體宿舍、邊遠山區(qū)的小型發(fā)電裝置，以及日常和國防用于行走機械的動力系統(tǒng)。燃料電池的開發(fā)時今后電氣新能暈應用的重大方向，它的研制具有重大的社會意義和經(jīng)濟意義。

　　(4)積木化強規(guī)模及安裝地點靈活，燃料電池電站占地面積小，建設(shè)周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池無論作為集中電站還是分布式電，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨立電站都非常合適

　　(5)負荷響應快，運行質(zhì)量高燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率，而且電廠離負荷可以很近，從而改善了地區(qū)頻燃料電池原理率偏移和電壓波動，降低了現(xiàn)有變電設(shè)備和電流載波容量，減少了輸變線路投資和線路損失。

　　(6)環(huán)境保護性：通過燃料電池系統(tǒng)釋放出的污染物比直接燃燒要降低幾個數(shù)量級，可有效的保護環(huán)境。

　　(7)模塊設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊：設(shè)備可以模塊化，尺寸靈活性大，發(fā)電量易于調(diào)節(jié)。

　　(8)位置靈活性：燃料電池是一種獨立的發(fā)電體系，由于沒有運動部件，所以可以沒有噪聲污染，可以方便使用，隨意放置，不受周圍環(huán)境限制。

　　(9)可以采用多種燃料：高溫操作型燃料電池不需要外部還原系統(tǒng)，在這一方面更具有優(yōu)勢。

　　燃料電池電極反應式

　　電極：惰性電極。

　　燃料包含：H2;烴如：CH4;醇如：C2H5OH等。

　　電解質(zhì)包含：

　　①酸性電解質(zhì)溶液如：H2SO4溶液;

　　②堿性電解質(zhì)溶液如：NaOH溶液;

　?、廴廴谘趸锶纾篩2O3;

　　④熔融碳酸鹽如：K2CO3等。

　　第一步：寫出電池總反應式

　　燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應則總反應為加合后的反應。

　　如氫氧燃料電池的總反應為：2H2+O2=2H2O;甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的反應為：

　　CH4+2O2=CO2+2H2O  ①

　　CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O  ②

　?、?nbsp; 式+②式得燃料電池總反應為：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O

　　第二步：寫出電池的正極反應式

　　根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應的物質(zhì)都是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應有所不同，其實，我們只要熟記以下四種情況：

　　(1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應式：O2+4H+

　　燃料電池技術(shù)  未來十年內(nèi)必將實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

　　隨著國家示范運行政策的廣泛推行與媒體的積極宣傳，純電動汽車、混合動力汽車等曾經(jīng)“高精尖”的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，已經(jīng)越來越為普通人所熟悉和了解。然而，與前兩位“兄弟”的大紅大紫相反，新能源汽車三條主要技術(shù)路線中的燃料電池汽車，卻多少顯得有些神秘與沉寂。

　　按照當前技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展進度，再過5到10年，人們或許就能握住燃料電池汽車方向盤

　　電動汽車這幾年來的風風火火，常常會讓人們誤以為燃料電池汽車應該與前者沒什么不同。實際上，燃料電池汽車自身具有獨特的能源生成機制。雖然依舊是電動汽車的一種，但是其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學作用，不經(jīng)過燃燒而直接變成電能。整個化學反應的過程除了水之外，不會產(chǎn)生任何污染物，稱得上是環(huán)保程度最高的汽車種類。在我國新能源汽車“三縱三橫”的研發(fā)格局中，燃料汽車與混合動力汽車、純電動汽車一起，共同組成了技術(shù)路線的“三縱”。

　　“在40到50年的時間里，傳統(tǒng)汽車與三種新能源汽車會長期并存。但從更長遠上來看，如果期間沒有其他種類技術(shù)的橫空出世，燃料電池汽車可以說是汽車工業(yè)的未來方向?！比珖f(xié)委員、上海神力科技有限公司董事長胡里清說。

　　不過，戴著這頂“未來方向”的高帽，卻并不意味著燃料電池汽車只是一場半個世紀之后的夢。按照當前技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的進度，距離人們開始有機會握住燃料電池汽車方向盤的時間，或許只有5到10年。

　　燃料電池(Fuel  Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。但是，它需要電極和電解質(zhì)以及氧化還原反應才能發(fā)電。

　　燃料電池其原理是一種電化學裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應。原則上只要反應物不斷輸入，反應產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。

　　燃料電池的特點決定了它具有廣闊的應用前景。首先，它可以用作小型發(fā)電設(shè)備;其次，作為長效的“電池”;三是電動汽車上的應用。

　　燃料電池首先用作發(fā)電設(shè)備，是因為其價格有可能與一般的發(fā)電設(shè)備相競爭。但燃料電池在電動汽車上的商業(yè)應用前景是遠期的，因為汽車需要的是發(fā)電機，發(fā)電機的價格遠比燃料電池要便宜，因此在短期內(nèi)，燃料電池汽車在價格上難以與其他汽車相競爭?，F(xiàn)在燃料電池研究與開發(fā)集中在四大技術(shù)方面：(1)電解質(zhì)膜;(2)電極;(3)燃料;(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。日美歐各廠家開發(fā)面向便攜電子設(shè)備的燃料電池,尤其重視(1)～(3)方面的材料研究與開發(fā)。第四方面的研究課題是燃料電池的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),前三個方面是構(gòu)成燃料電池的必要準備,而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是燃料電池的最終結(jié)果

　　固體氧化物燃料電池的開發(fā)研究以及商業(yè)化，是解決世界節(jié)能和環(huán)保的重要手段，受到了世界許多國家的普遍重視，包括美國、歐洲、日本、澳大利來、韓國等。盡管固體氧化物燃料還存在一些問題，如電極材料、制造成本、操作溫度過高等等問題，但是瑕不掩瑜，加快固體氧化物燃料電池發(fā)展必然是世界發(fā)展的總趨勢。降低電池操作溫度和微型化是固體氧化物燃料電池(SOFC)的發(fā)展趨勢。其關(guān)鍵部件的材料制備總是成為制約固體氧化物燃料電池發(fā)展的瓶頸。應突破的關(guān)鍵技術(shù)主要有：a)高性能電極材料及其制備技術(shù);b)新型電解質(zhì)材料及電極支撐電解質(zhì)隔膜的制備技術(shù);c)電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及其制備技術(shù);d)電池的結(jié)構(gòu)、性能與表征的研究。隨著燃料電池技術(shù)的進一步發(fā)展，必將能夠加快我國經(jīng)濟建設(shè)與可持續(xù)化發(fā)展步伐。

　　燃料電池的出現(xiàn)與發(fā)展，將會給便攜式電子設(shè)備帶來一場深刻的革命，并且還會波及到汽車業(yè)，住宅，以及社會各方面的集中供電系統(tǒng)。在21世紀中它將會把人類由集中供電帶進一種分散供電的新時代。因為太陽能供電雖然能替代部分能源，但它與天氣有關(guān)，受氣候的制約;核能利用又存在安全問題;唯有燃料電池供電，它沒有二氧化碳的排放，可減輕溫室效應使全球氣候變暖問題，它解決了火力發(fā)電使全球環(huán)境污染的問題，它是一個純正的綠色清潔能源。所以，我們要加速實現(xiàn)燃料電池的商品化進程，中國人應該在這場能源革命中有所作為，跟上全球技術(shù)發(fā)展的步伐。